The influence of halloysite on the physicochemical, mechanical and biological properties of polyurethane-based nanocomposites

• Autorzy: Mrówka Maciej , Szymiczek Małgorzata , Machoczek Tomasz , Lenża Joanna , Matusik Jakub , Sakiewicz Piotr , Skonieczna Magdalena

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2020.11.5

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku haloizytu na fizykochemiczne, mechaniczne i biologiczne właściwości nanokompozytów na osnowie termoplastycznego poliuretanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The impact of the addition of the nanofiller – halloysite – on the mechanical, physicochemical and biological properties of a nanocomposite, in which thermoplastic polyurethane fulfilled the role of the matrix was investigated. The nanocomposite was obtained by extrusion in three variants with 1, 2 and 3 wt % halloysite. The nanostructure of the obtained materials was confirmed using Atomic Force Microscopy (AFM). Based on the mechanical tests carried out, it was proven that the obtained nanocomposites were characterized by a tensile modulus greater than the polyurethane constituting the matrix. The density and hardness of the nanocomposites had changed within error limits compared to unmodified polyurethane. Biological tests showed no cytotoxicity of all the tested materials to normal human dermal fibroblasts (NHDF). Degradation tests were carried out in artificial plasma and showed that samples with 2 wt % halloysite addition had the best ratio of tensile strength and elongation at break to elasticity modulus.

PL

Zbadano wpływ naturalnego nanonapełniacza – haloizytu – na właściwości mechaniczne, fizykochemiczne oraz biologiczne kompozytu wytworzonego na bazie termoplastycznego poliuretanu. Nanokompozyt o zawartości 1, 2 i 3% mas. haloizytu otrzymywano na drodze wytłaczania. Nanostrukturę wytworzonych materiałów potwierdzono za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM). Na podstawie przeprowadzonych badań mechanicznych wykazano, że uzyskane nanokompozyty charakteryzują się modułem sprężystości większym niż poliuretan stanowiący osnowę. Zmiany gęstości i twardości niemodyfikowanego poliuretanu po dodaniu haloizytu mieściły się w granicach błędu pomiaru. Testy biologiczne nie wykazały cytotoksyczności wszystkich badanych materiałów wobec prawidłowych fibroblastów ludzkiej skóry (NHDF). Badania degradacji przeprowadzone w środowisku syntetycznego osocza wykazały, że próbki z dodatkiem 2% mas. haloizytu mają najlepszy stosunek wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu do modułu sprężystości.

Słowa kluczowe

EN

nanocomposites; thermoplastic polyurethanes; halloysite; mechanical properties; cytotoxicity; tests; degradation

PL

nanokompozyty; termoplastyczne poliuretany; haloizyt; właściwości mechaniczne; badania cytotoksyczności; degradacja

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 65, nr 11-12
• Strony: 784--791
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Mrówka Maciej

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Theoretical and Applied Mechanics, Konarskiego 18A, 44–100 Gliwice, Poland

autor

Szymiczek Małgorzata

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Theoretical and Applied Mechanics, Konarskiego 18A, 44–100 Gliwice, Poland

autor

Machoczek Tomasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Theoretical and Applied Mechanics, Konarskiego 18A, 44–100 Gliwice, Poland

autor

Lenża Joanna

• Krahn Chemie Polska Sp. z o.o., Marcelińska 90, 60–324 Poznań, Poland

autor

Matusik Jakub

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, Department of Mineralogy, Petrography and Geochemistry, Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland.

autor

Sakiewicz Piotr

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Engineering Materials and Biomaterials, Konarskiego 18A, 44–100 Gliwice, Poland

autor

Skonieczna Magdalena

• Silesian University of Technology, Biotechnology Centre, Krzywoustego 8, 44–100 Gliwice, Poland.
• Silesian University of Technology, Department of Systems Biology and Engineering, Akademicka 16, 44–100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Mrówka M., Szymiczek M., Lenża J.: Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2019, 95, 13. http://dx.doi.org/10.5604/01.3001.0013.7620
• [2] Larson E.: “Thermoplastic Material Selection 1st Edition A Practical Guide”, Elsevier BV, Amsterdam 2015.
• [3] Brzeska J., Dacko P., Janeczek H. et al.: Polimery 2010, 55, 41. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2010.041
• [4] Cheremisinoff N.P.: “Materials Selection Deskbook 1st Edition”, Elsevier BV, Amsterdam 1996.
• [5] Turi E.: “Thermal Characterization of Polymeric Materials”, Elsevier BV, Amsterdam 1981.
• [6] Olędzka E., Sobczak M., Kołodziejski W.L.: Polimery 2007, 52, 795. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2007.795
• [7] Krzyżak A., Kosicka E., Szczepaniak R., Szczepaniak T.: Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2019, 95, 5. http://dx.doi.org/10.5604/01.3001.0013.7619
• [8] Brydson J.A.: “Plastics Materials 5th Edition”, Elsevier, eBook ISBN: 9781483144795.
• [9] Spirkova M., Pavlicevic J., Strachota A. et al.: European Polymer Journal 2011, 47, 959. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2011.01.001
• [10] Cooper S.L., Guan J.: “Advances in Polyurethane Biomaterials”, Elsevier BV, Amsterdam 2016.
• [11] Woźniak P., Bil M., Ryszkowska J. et al.: Acta Biomaterialia 2010, 6 (7), 2484. http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2009.10.022
• [12] „Biomateriały tom 4” (Eds. Błażewicz S., Marciniak J.), Wydawnictwo EXIT, 2017.
• [13] Twaiq F., Chang K.X., Ling J.Y.W.: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2017, 206, 012066.
• [14] Fizir M., Dramou P., Dahiru N.S. et al.: Microchimica Acta 2018, 185, 389. https://doi.org/10.1007/s00604-018-2908-1
• [15] Rozhina E., Ishmuhametov I., Batasheva S. et al.: BioNanoScience 2018, 8, 310. http://dx.doi.org/10.1007/s12668-017-0453-8
• [16] Matusik J.: “Natural and synthetic layered minerals in nanotechnology”, Wydawnictwo AGH, Kraków, 2017.
• [17] Sulong A.B., Gaaz T.S., Sahari J.: Procedia-Social and Behavioral Sciences 2015, 195, 2748. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2015.06.386
• [18] Gaaz T.S., Sulong A.B., Ansari M.N.M. et al.: Materials Technology Advanced Performance Materials 2016, 32, 430. https://doi.org/10.1080/10667857.2016.1265278
• [19] Gaaz T.S., Luaibi H.M., Al.-Amiery A.A. et al.: Results in Physics 2018, 9, 33. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.02.008
• [20] Martini J., Pollet E., Averous L. et al.: Polymer 2014, 55, 5226. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2014.08.049
• [21] Sołtys J., Schomburg J., Sakiewicz P. et al.: „Sorbenty mineralne. Surowce, energetyka, ochrona środowiska, nowoczesne technologie”, Wydaw. AGH, 2013, pp. 457—469.
• [22] Wierzbicka E., Legocka I., Wardzińska-Jarmulska E. et al.: Polimery 2016, 61, 670. http://dx.doi.org/10.14314/polimery.2016.670
• [23] Szczepanik B., Słomkiewicz P., Garnuszek M. et al.: Journal of Molecular Structure 2015, 1084, 16. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2014.12.008
• [24] Bardon C., Bieber M.T, Cuiec L., et al.: Revue de l’ Institut Francais du Pétrole 2006, 38, 621. https://doi.org/10.2516/ogst:1983037
• [25] Derkowski A., Bristow T.F.: Clays and Clay Minerals 2012, 60, 348. http://dx.doi.org/10.1346/CCMN.2012.0600402
• [26] Orsini L., Remy J.C.: Science du sol 1976, 4, 269.
• [27] Środoń J.: Clay Minerals 2009, 44, 421. https://doi.org/10.1180/claymin.2009.044.4.421
• [28] Kumar A.P., Depan D., Singh Tomer N. et al.: Progress in Polymer Science 2009, 34, 479. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.01.002
• [29] https://www.campusplastics.com/campus/en/datasheet/Elastollan%C2%AE+1185+A/BASF+Polyurethanes+GmbH/59/65a16011 (available May 17, 2020).
• [30] Troadec M.B., Glaise D., Lamirault G. et al.: Genomics 2006, 87, 93. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2005.08.016
• [31] Mrowka M., Machoczek T., Jureczko P. et al.: Polish Journal of Chemical Technology 2019, 1, 1. https://dx.doi./10.2478/pjct-2019-0001

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).